CC BY
10
21
Новые технические устройства для биомедицинской диагностики
УДК 621.384.6
Грязнов А. Ю., канд. техн. наук, Потрахов Е. Н., аспирант, Потрахов Н. Н., д-р. техн. наук
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
Портативная установка
для рентгеновского экспресс-контроля
качества пищевой продукции
Ключевые слова: микрофокусная рентгенография, портативная рентгенодиагностическая установка, контроль пищевой продукции
Описана первая отечественная цифровая установка для рентгенографии в пищевой промышленности. Рассмотрены особенности установки, на примерах практического использования показаны ее преимущества перед существующими аналогами. Обоснована актуальность ее внедрения в качестве базового образца новейшего поколения инструментальных средств эффективной диагностики качества продукции во всех отраслях агропромышленного комплекса России.
Одной из наиболее важных технологических операций, требующих повышенного внимания при производстве пищевых консервов, является так называемая «закатка» консервных банок, в результате которой обеспечивается герметичность их содержимого. В случае некачественной герметизации внутрь банки вместе с воздухом могут проникнуть различные микроорганизмы, что неизбежно вызовет порчу продукта. По неофициальным данным, потери консервированной рыбной продукции по указанной причине могут достигать 0,5 %.
Как показывает практика, вследствие неправильной первичной настройки или постепенного изменения параметров настройки закаточной машины в процессе эксплуатации конфигурация и геометрические размеры элементов закаточного шва могут выйти за установленные пределы и повлечь недопустимое снижение качества шва. По этой причине приходится регулярно производить контроль параметров шва. В соответствии с требованиями СанПиН 2.3.4.050-96 периодичность контроля каждой головки закаточной машины должна составлять: 30 мин для пустых банок и каждые 2 ч для банок, наполненных продуктом.
Для оценки качества закаточных швов, например в рыбной промышленности, в настоящее время применяется метод разрушающего контроля. С помощью малогабаритной циркульной пилы вырезается участок банки в месте крестообразного соединения бокового шва с кольцевым, а также в
любом подозрительном месте, обнаруженном при оценке внешнего вида. Далее профиль фрагмента шва анализируется визуально при помощи лупы или профиль-проектора [1, 2].
Поскольку, как уже было отмечено, проверка должна производиться достаточно часто, такой метод контроля приводит к безвозвратной потере большого количества банок и продуктов, в них содержащихся, при этом визуальные оценки субъективны и вследствие неизбежной деформации шва могут допускаться ошибки. Кроме того, контролируется только небольшой участок шва, составляющий приблизительно 2-3 % от его общей протяженности. Следует отметить также, что операция механического вскрытия банки трудоемка и, следовательно, контроль шва этим методом занимает много времени.
Для устранения указанных недостатков при контроле закаточных швов описанным методом специалистами ЗАО «ЭЛТЕХ-Мед» и ОАО «Гипрорыбфлот» создан действующий образец рентгенодиагностичес-кой установки, не имеющей аналогов в Российской Федерации. Установка позволяет на практике реализовать способ неразрушающего контроля качества закаточного шва консервной банки на всей его длине с одновременной визуализацией содержимого [3].
В состав установки входят маломощный источник рентгеновского излучения, цифровое устройство для визуализации рентгеновского изображения на основе системы «экран—оптика—ПЗС» [4], рентгенозащит-ная камера, устройство для позиционирования консервных банок и персональный компьютер со специализированным программным обеспечением (рис. 1).
Принцип действия установки заключается в следующем: рентгеновское излучение проходит сквозь участок шва банки, расположенной с помощью специального устройства на определенном расстоянии от источника излучения, и неравномерно ослабляется элементами шва. Сформированное таким образом теневое рентгеновское изображение шва регистрируется и преобразуется в цифровой электрический сигнал устройством для визуализации рентгеновского изображения, а затем передается в персональный компьютер. Полученная информация
Новые технические устройства для биомедицинской диагностики
27
Рис. 1\ Внешний вид рентгенодиагностической установки
содержит все необходимые данные об основных параметрах швов. Поскольку устройство позиционирования осуществляет вращение банки вокруг своей оси, то на экране монитора компьютера можно получить изображение всего шва в реальном времени. Защиту от неиспользуемого рентгеновского излучения обеспечивает камера радиационной защиты. С помощью специальной компьютерной программы полученные данные о параметрах шва сравниваются с их допустимыми значениями. В случае выхода какого-либо параметра за заданные пределы компьютер выдает команду на отбраковку консервной банки. При необходимости возможна подача управляющих сигналов на остановку технологической линии по производству консервов. Одновременно ведутся протокол событий и вывод информации на экран монитора компьютера или печатающее устройство.
В качестве примера на рис. 2 изображен фрагмент дефектного участка закаточного шва консервной банки (отсутствие перекрытия).
^ 0,5 мм
Рис. 2 Дефектный участок шва
Указанный метод может быть также применен для экспресс-контроля содержимого банок, в том числе вида продукта, размеров его фрагментов, плотности их укладки, соотношения жидкой и твердой фракций и т. д. (рис. 3). В этом случае используется устройство визуализации на основе экрана с фотостимулируемым люминофором [3].
В ходе испытаний установки было получено положительное заключение органов Роспотребнадзора о возможности использования установки в целях контроля пищевой продукции, а также полной ее безопасности для обслуживающего персонала. В соответствии с пп. 1.7, 1.8 ОСПОРБ-99 на основании санитарно-эпидемиологического заключения № 77.99.37.944.Д001579.02.09 установка освобождена от радиационного контроля и учета, а также от необходимости оформления лицензии для работы с ней.
Цифровые технологии получения рентгеновского изображения имеют большие перспективы и в других отраслях промышленности России. Например, они позволяют автоматизировать процессы обнаружения, идентификации и анализа скрытых дефектов в больших партиях зерна. Очевидно, что обеспечение надежного контроля качества партий зерна разного целевого назначения (продовольственного, фуражного, семенного) — важная государственная
а)
А
Рис. 31 Контроль содержимого банки рыбных консервов: а — алюминиевая банка; б — жестяная банка
биотехносфера
| № 6/2009
2!
Новые технические устройства для биомедицинской диагностики
проблема, относящаяся к продовольственной безопасности России. Существенную роль в снижении посевных и технологических свойств зерна играет наличие в них различных типов внутренних дефектов (скрытая заселенность и поврежденность насекомыми и грибами, скрытое прорастание, внутренняя травмированность и др.), обусловленных экоген-ными и техногенными факторами производства зерна.
Отсутствие объективного контроля качества семян, учитывающего состояние внутренних структур зерновки при проведении селекционных испытаний, приводит к значительным неоправданным затратам труда и энергоресурсов из-за невозможности своевременной отбраковки хозяйственно непригодных растений на ранней стадии покоящихся семян до их посева. Для зерна отсутствие такого рода контроля приводит к заведомой неточности при классификации партий зерна по степени их кондиционности, а также к повышению риска, связанного с недостаточной обоснованностью принятия решений при определении целевого назначения зерновых партий.
Необходимо также учитывать, что скрытые дефекты зерна не могут быть отсепарированы на существующих сортировальных машинах, поэтому они присутствуют во всех производственных партиях зерна.
Достаточно частая встречаемость внутренних дефектов зерновки и очень высокая вредоносность некоторых из них (даже при небольшой встречаемости) могут существенно снижать качество партий зерна, используемых как посевной материал (вплоть до полной непригодности) или как пищевое сырье. Это делает задачу оценки состояния внутренних структур зерновки весьма актуальной.
Поэтому другим важным направлением использования установки является обнаружение и анализ скрытых (внутренних) дефектов семян зерновых культур, например: внутренняя поврежденность грызущими насекомыми, поврежденность клопом-черепашкой, прорастание, сильная трещиноватость или грубые механические повреждения, мертвый зародыш и т. д. На рис. 4 показаны изображения семян овса с некоторыми из перечисленных дефектов.
Опыт эксплуатации установки в НИИ проблем хранения Росрезерва позволяет рассчитывать на то, что установка может стать основой для создания техноло-
Рис. 5
Рентгенограмма привитых саженцев винограда: а — некачественное срастание; б — качественное срастание
Рис. 4 Рентгенограмма семян овса
гии обеспечения продовольственной безопасности РФ в части формирования высококачественных запасов семенного, продовольственного и фуражного зерна [5].
Дальнейшие практические испытания установки показали, что она может быть с успехом использована также и для оперативной оценки качества срастания подвоя с привоем саженцев винограда [6]. В качестве примера на рис. 5 показаны рентгеновские изображения саженцев, полученные при контроле посадочного материала винограда. Полученные результаты комплексных исследований позволяют рекомендовать установку для широкого использования в учреждениях, занимающихся проблемами возделывания винограда, в частности в питомниководческих комплексах.
В целом описываемая установка может рассматриваться в качестве базового образца новейшего поколения инструментальных средств эффективной диагностики качества продукции практически во всех отраслях агропромышленного комплекса России.
|Л и т е р а т у р а |
1. ГОСТ 5981—88. Банки металлические для консервов. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1988.
2. Руководство по производству рыбных консервов в России. СПб.: Лик, 1999. 60 с.
3. Пат. РФ на изобретение за № 2175126 от 25.12.2000. Способ неразрушающего контроля качества кольцевого соединения (варианты).
4. Рентгеновские диагностические аппараты: в 2-х т. / Под. ред. Н. Н. Б л и н о в а, Б. И. Л е о н о в а. М.: ВНИИИМТ, НПО «Экран», 2001.
5. Архипов М. В., Алексеева Д. П., Батыгин Н. Ф. и др. Методика рентгенографии в земледелии и растениеводстве. М.: РАСХН, АФИ, 2001.
6. Панкин М. П., Архипов М. В., Никольский М. А. и др. Рентгенографический способ определения качества срастания привитых компонентов саженцев винограда // Захаровские чтения «Агротехнологи-ческие и экологические аспекты развития виногра-до-винодельческой отрасли». Материалы науч.-практ. конф., посвященной 100-летию Е. Н. Захаровой (23-25 мая 2007 г.). ВНИИВиВ им. Я. И. Потапенко. Новочеркасск, 2007. С. 327-330.
